一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法

摘要

本发明公开了一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法，利用安装在智能FRP锚杆上的光纤光栅传感器以及点对点的多点温补传感器测量智能锚杆在不同深度的应变值，从而推算FRP锚杆在不同深度的轴力，从而对FRP锚杆的承载能力以及其锚固力作出判断和评价，同时也能对围岩在荷载等的作用下内部产生变形和位移变化作出一定的判断；本发明的长标距光纤光栅传感器制作工艺简单，造价相比较为低廉。本发明主要通过常用的实心纤维复合材料锚杆主体和由多个长标距光纤光栅传感单元组成的无熔接长标距多光栅传感器并辅以多点温度补偿传感器组成，制作简单，布设方便，有广阔的应用前景和良好的经济效益。

主权项

一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法，其特征在于：该多功能FRP智能锚杆包括无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、FRP锚杆主体、引出光纤和软塑料套管；所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器经封装后植入在FRP锚杆主体生产过程中，制成一体化多点温补的多功能FRP智能锚杆；所述无熔接长标距多光栅传感器包括多个依次串联的长标距光纤光栅传感单元，所述长标距光纤光栅传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的两端分别固定在套管的锚固段；所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的一端固定在套管的锚固段，另一端自由，套管两端封闭；所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器的引出光纤引从FRP锚杆主体内引出，并设在软塑料套管内；上述一种多功能多点温补智能FRP锚杆的制作方法，包括以下几个步骤：(1)制作无熔接长标距多光栅传感器(a1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；(a2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口，穿入带有多个光栅的单模光纤，调整光栅与套管缺口的位置；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；(a3)将光纤两端通过牵引装置施加一定的预应力，同时在套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而封装出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元且没有熔接点的长标距多光栅传感器；(a4)对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计；(2)制作多点温度补偿辅助传感器(b1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；这些光栅的位置设计可以与无熔接长标距多光栅传感器中的多个光栅一一对应，或者按照沿锚杆长度进行温度插值的思想进行温补光栅位置设计；这些光栅的波长不仅在温度补偿传感器内不能有相同，且与无熔接长标距多光栅传感器之中的光栅波长亦不能有相同的波长；(b2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，在套管的一层用胶封闭，将刻好的多光栅两端尾纤的某一端剪短，然后插入套管内，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短尾纤侧的尾纤缩在套管内部且距离套管尾部有一定距离，此距离以此尾纤不会碰到套管尾部封装的胶水为原则，然后在套管两端处注入少许固结胶水，使之封闭形成一个含多个光栅的温补传感器；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；(b3)对于封装于套管内的带多个光栅的光纤尾纤，其一端缩在套管内完全自由，另一端与套管固结并作为引出线引出，光纤在套管内能完全自由滑动；(3)制作一体化多功能FRP智能锚杆(c1)在无熔接长标距多光栅传感器和多点温度补偿辅助传感器的尾纤端，分别将尾纤沿细套管端口剪断，并分别在端口涂上一薄层胶或树脂进行端口封闭；(c2)将制作好的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器并列对应放置，并用胶略作固定，但在尾纤部位不固定；(c3)在并列放置的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器外面进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；(c4)将封装好的核心传感器和纤维在生产线上分别就位传送，核心传感器置于中心轴位置，而纤维则以核心传感器为中心进行放线浸胶、缠裹，并通过拉挤模具进行挤压成型，形成纤维复合材料锚杆杆体；(c5)当纤维放线至锚杆体形成至尾纤部分时，剪断纤维，余下的纤维继续在生产线上浸胶、缠裹，在锚杆尾纤套管处形成保护锥，形成最终的一体化纤维复合材料多功能智能锚杆；(c6)在锚杆使用时，将尾纤在端头剪掉一小截，然后用剥线钳将尾纤的套管剪断，抽出剪下的套管，露出引出光纤，再与传输光纤连接。